java 中的HashMap的底层实现和元素添加流程

目录HashMap 底层实现HashMap 插入流程为什么要将链表转红黑树？哈希算法实现总结

前言：

HashMap 是使用频率最高的数据类型之一，同时也是面试必问的问题之一，尤其是它的底层实现原理，既是常见的面试题又是理解 HashMap 的基石，所以重要程度不言而喻。

HashMap 底层实现

HashMap 在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 的底层实现是不一样的，在 JDK 1.7 中，HashMap 使用的是数组 + 链表实现的，而 JDK 1.8 中使用的是数组 + 链表或红黑树实现的。

HashMap 在 JDK 1.7 中的实现如下图所示：

HashMap 在 JDK 1.8 中的实现如下图所示：

我们本文重点来学习主流版本 JDK 1.8 中的 HashMap。HashMap 中每个元素称之为一个哈希桶（bucket），

哈希桶包含的内容有 4 个：

hash 值keyvaluenext（下一个节点）

HashMap 插入流程

HashMap 元素新增的实现源码如下（下文源码都是基于主流版本 JDK 1.8）：

public V put(K key, V value) {

// 对 key 进行哈希操作

return putVal(hash(key), key, value, false, true);

}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,

boolean evict) {

Node[] tab; Node p; int n, i;

// 哈希表为空则创建表

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

n = (tab = resize()).length;

// 根据 key 的哈希值计算出要插入的数组索引 i

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

// 如果 table[i] 等于 null，则直接插入

tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

else {

Node e; K k;

// 如果 key 已经存在了，直接覆盖 value

if (p.hash == hash &&

((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))sBgYGX)

e = p;

// 如果 key 不存在，判断是否为红黑树

else if (p instanceof TreeNode)

// 红黑树直接插入键值对

e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

else {

// 为链表结构，循环准备插入

for (int binCount = 0; ; ++binCount) {

// 下一个元素为空时

if ((e = p.next) == null) {

p.next = newNode(hash, key, value, null);

// 转换为红黑树进行处理

if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st

treeifyBin(tab, hash);

break;

}

// key 已经存在直接覆盖 value

if (e.hash == hash &&

((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

break;

p = e;

}

}

if (e != null) { // existing mapping for key

V oldValue = e.value;

if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)

e.value = value;

afterNodeAccess(e);

return oldValue;

}

}

++modCount;

// 超过最大容量，扩容

if (++size > threshold)

resize();

afterNodeInsertion(evict);

return null;

}

上述的源码都添加了相应的代码注释，简单来说 HashMap 的元素添加流程是，先将 key 值进行 hash 得到哈希值，根据哈希值得到元素位置，判断元素位置是否为空，如果为空直接插入，不为空判断是否为红黑树，如果是红黑树则直接插入，否则判断链表是否大于 8，且数组长度大于 64，如果满足这两个条件则把链表转成红黑树，然后插入元素，如果不满足这两个条件中的任意一个，则遍历链表进行插入，

它的执行流程如下图所示：

为什么要将链表转红黑树？

JDK 1.8 中引入了新的数据结构红黑树来实现 HashMap，主要是出于性能的考量。因为链表超过一定长度之后查询效率就会很低，它的时间复杂度是 O(n)，而红黑树的时间复杂度是 O(logn)，因此引入红黑树可以加快 HashMap 在数据量比较大的情况下的查询效率。

哈希算法实现

HashMap 的哈希算法实现源码如下：

static final int hash(Object key) {

int h;

return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

}

其中，key.hashCode() 是 java 中自带的 hashCode() 方法，返回一个 int 类型的散列值，后面 hashCode 再右移 16 位，正好是 32bit 的一半，与自己本身做异或操作（相同为 0，不同为 1），主要是为了混合哈希值的高位和低位，增加低位的随机性，这样就实现了 HashMap 的哈希算法。

总结

HashMap 在 JDK 1.7 时，使用的是数组 + 链表实现的，而在 JDK 1.8 时，使用的是数组 + 链表或红黑树的方式来实现的，JDK 1.8 之所以引入红黑树主要是出于性能方面的考虑。HashMap 在插入时，会判断当前链表的长度是否大于 8 且数组的长度大于 64，如果满足这两个条件就会把链表转成红黑树再进行插入，否则就是遍历链表插入。

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